钢绞线与超高性能混凝土间黏结性能试验研究.pdf

第 卷 第期湘潭大学学报(自然科学版)V o l N o 年月J o u r n a l o fX i a n g t a nU n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n)A u g D O I:/j i s s n X 引用格式:张旭辉,李帅军,唐浩,等钢绞线与超高性能混凝土间黏结性能试验研究J湘潭大学学报(自然科学版),():,C i t a t i o n:Z HAN GX u h u i,L I S h u a i j u n,T AN GH a o,e t a l E x p e r i m e n t a l s t u d yo nb o n d i n gb e h a v i o rb e t w e e ns t e e ls t r a n da n du l t r a h i g h p e r f o r m a n c ec o n c r e t eJ J o u r n a l o fX i a n g t a nU n i v e r s i t y(N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n),():,钢绞线与超高性能混凝土间黏结性能试验研究张旭辉,李帅军,唐浩,许福(湘潭大学 土木工程学院,湖南 湘潭 )摘要:该文针对钢绞线与超高性能混凝土(UHP C)之间黏结性能开展研究,设计制作了 个钢绞线 UHP C拉拔试验试件开展试验研究,探究了黏结长度、横向箍筋以及锥形钢套筒等对钢绞线与UH P C间黏结性能的影响,分析了UHP C 钢绞线界面黏结破坏机理研究结果表明黏结长度对钢绞线和UH P C界面间黏结滑移特征影响较大黏结长度较短时,钢绞线整体挤压剪切UH P C咬合齿,以剪切滑移为主,钢绞线 UH P C界面黏结力主要由机械咬合力提供,黏结刚度大;当黏结长度较长时,钢绞线类似于螺柱沿着UHP C螺旋齿旋转拔出,以旋转滑移为主,钢绞线与UH P C界面间主要通过摩擦提供黏结力,导致黏结刚度下降拉拔力随黏结长度的增加而增大,但在黏结长度超过 mm后拉拔力增长开始变慢箍筋横向约束对于最大拉拔力与平均黏结应力均有一定的积极影响,锥形钢套筒对钢绞线与UH P C间黏结性能无明显提高作用关键词:超高性能混凝土;钢绞线;黏结滑移特征;咬合齿;黏结性能;拉拔试验中图分类号:TU 文献标志码:A文章编号:X()E x p e r i m e n t a l s t u d yo nb o n d i n gb e h a v i o rb e t w e e ns t e e ls t r a n da n du l t r a h i g h p e r f o r m a n c e c o n c r e t eZHANGX u h u i,L IS h u a i j u n,T ANGH a o,XUF u(S c h o o l o fC i v i lE n g i n e e r i n g,X i a n g t a nU n i v e r s i t y,X i a n g t a n ,C h i n a)A b s t r a c t:I nt h i sp a p e r,t h eb o n d i n gp e r f o r m a n c eb e t w e e ns t e e l s t r a n d sa n dUH P Ci s s t u d i e d,a n d s t e e ls t r a n d UH P Cp u l l o u t t e s t s p e c i m e n sa r ed e s i g n e da n dm a d e t oc a r r yo u t e x p e r i m e n t a l r e s e a r c h T h ee f f e c t so fb o n d i n g l e n g t h,t r a n s v e r s er e i n f o r c e m e n t,a n dc o n i c a ls t e e l s l e e v eo nt h eb o n d i n gp e r f o r m a n c eb e t w e e ns t e e l s t r a n da n dUH P Ca r e e x p l o r e d,a n d t h eb o n d i n g f a i l u r em e c h a n i s mo f t h eUHP C s t e e l s t r a n d i n t e r f a c ei sa n a l y z e d T h e r e s e a r c hr e s u l t s s h o wt h a tb o n d l e n g t hh a s ag r e a t i n f l u e n c eo nb o n d s l i pc h a r a c t e r i s t i c sb e t w e e ns t e e l s t r a n d sa n dt h eUHP Ci n t e r f a c e T h eb o n d i n gl e n g t hi ss h o r t,t h es t e e ls t r a n de x t r u d e ss h e a rUHP Cb i t et e e t ha saw h o l e,a n dt h es t e e ls t r a n ds h e a r sa n ds l i p s T h eb o n d i n gf o r c eb e t w e e nt h es t e e ls t r a n da n d t h eUH P Ci n t e r f a c e i sm a i n l yp r o v i d e db ym e c h a n i c a l b i t i n g f o r c e,w h i c hr e s u l t s i nh i g hb o n d i n gr i g i d i t y Wh e nt h eb o n d i n g l e n g t h i s l o n g e r,t h e s t e e l s t r a n d i s s i m i l a r t o t h e s t u dp u l l i n go u t a l o n g t h eh e l i 收稿日期:基金项目:湖南省自然科学基金(J J );湖南省教育厅科学研究优秀青年项目(B )通信作者:许福(),男,湖南湘潭人,博士,教授,E m a i l:x u f u x t u e d u c nc a l t e e t ho fUH P C,t h es t e e l s t r a n dr o t a t e sa n ds l i p s,a n dt h eb o n d i n gf o r c eb e t w e e nt h es t e e l s t r a n da n dUHP Ci n t e r f a c e i sm a i n l yp r o v i d e db y f r i c t i o n,w h i c h l e a d s t o t h ed e c r e a s eo fb o n d i n gr i g i d i t y T h ep u l l o u tf o r c e i n c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s eo fb o n dl e n g t hb u ti n c r e a s e ss l o w l yw h e nt h eb o n dl e n g t he x c e e d s mm T h e t r a n s v e r s er e s t r a i n to f t h es t i r r u p sh a sap o s i t i v ee f f e c t o nt h em a x i m u mp u l l o u t f o r c ea n dt h ea v e r a g eb o n ds t r e s s T h ec o n i c a ls t e e ls l e e v eh a sn os i g n i f i c a n te f f e c to nt h eb o n dp e r f o r m a n c eb e t w e e nt h es t e e l s t r a n da n dUH P C K e yw o r d s:UHP C;s t e e l s t r a n d;b o n d s l i pc h a r a c t e r i s t i c s;b i t e t e e t h;b o n dp e r f o r m a n c e;p u l l o u t t e s t引言预应力混凝土结构相较于普通混凝土结构具有抗裂能力强、刚度大、强度高、抗剪能力和抗疲劳性能好的特点,尤其是先张预应力混凝土结构,因其施工方便,可以预制装配式施工等特点,近年来得到了飞速发展,在桥梁工程和建筑结构领域应用广泛先张预应力混凝土通过钢绞线与混凝土之间的黏结将预加应力传递给混凝土,钢绞线与混凝土之间的黏结性能对先张混凝土结构性能影响显著目前一些学者针对钢绞线与混凝土之间的黏结性能开展了大量研究徐有邻等通过拉拔试验发现混凝土与钢绞线间的黏结性能受到钢绞线直径、混凝土强度、保护层厚度、配箍率及黏结长度等因素的影响;R a m i r e z等研究了混凝土强度对于钢绞线预应力传递长度的影响,发现预应力传递长度随着混凝土强度的增加而减少;M o r c o u s等指出钢绞线与混凝土间的黏结强度跟混凝土强度的 次方成正比;谢新莹等发现增大相对保护层厚度、减小相对埋置长度及减小相对箍筋间距可提高钢绞线黏结强度现有研究表明提高混凝土强度可有效改善其与钢绞线间的黏结强度近年来,一些学者提出采用超高性能混凝土(UH P C)提高其与钢绞线之间的黏结性能,并开展了一些研究H y u n等对比了钢绞线与UH P C间和普通混凝土间的黏结强度,发现采用UH P C可以提高黏结强度 G r a y b e a l也指出钢绞线在UH P C中的锚固长度远小于其在普通混凝土中的郑辉等发现UH P C与钢绞线之间的黏结强度随黏结长度的变大而减小,同时UH P C保护层厚度对黏结性能影响显著 J i a n g发现钢绞线随着与UH P C黏结长度的增加,会出现钢绞线拔出、混凝土开裂、钢绞线拉断种破坏形式这些研究表明黏结长度和横向约束对钢绞线和UH P C间界面黏结性能的影响显著,但尚缺乏系统研究为此,本文针对钢绞线与UH P C之间的黏结性能开展研究,设计制作 个钢绞线 UH P C拉拔试验试件开展试验研究,系统研究纵向黏结长度、横向约束和外加锥形钢套筒等对钢绞线与UH P C之间黏结性能的影响,进而揭示UH P C 钢绞线界面间黏结破坏机理试验介绍 试件设计试验中设计了类拉拔试件:不同纵向黏结长度试件;不同横向约束试件;外加锥形钢套筒试件,如图所示,其中l表示黏结长度第一类和第二类试件均为钢绞线嵌固于尺寸为 mm mm mm的UH P C立方体试块中第一类试件均不配置箍筋,通过在钢绞线上局部位置的钢套装P V C管,设计种黏结长度,分别为 mm、mm、mm和 mm;第二类试件的黏结长度相等,均为 mm,但配置了种箍筋,配箍率分别为第期张旭辉,等钢绞线与超高性能混凝土间黏结性能试验研究、和 ,布置直径为mm的箍筋,箍筋间距分别为mm、mm和 mm,箍筋保护层厚度为 mm;第三类试件基于作者课题组之前提出的专利,设计为锥形钢套筒包裹UH P C与钢绞线的外加锥形钢套筒试件,以探讨锥形套筒对UH P C与钢绞线之间黏结性能的影响锥形套筒厚度为mm,小圆孔外径为 mm,大圆孔外径为 mm,共有 mm、mm和 mm种不同高度的锥形钢套筒d=13.4 mm钢绞线PVC套管UHPC150 mm150 mm150 mm650箍筋（b）（a）（c）钢绞线50 mm锥形钢套筒锥形钢套筒UHPC100 mm图试件设计:(a)第一类试件;(b)第二类试件;(c)第三类试件F i g D e t a i l s o f t h e s p e c i m e n s:(a)S p e c i m e n s o f t h e f i r s t t y p e;(b)S p e c i m e no f t h e s e c o n dt y p e;(c)S p e c i m e no f t h e t h i r dt y p e试件采用三部分进行编号:第一部分为字母UH,表示为UH P C试件;第二部分为数字,表示钢绞线和UH P C之间的黏结长度;第三部分为数字或字母,数字表示配箍率、字母S S表示为锥形钢套筒试件试验各试件设计参数详见表 表拉拔试验试件设计T a b P u l l o u t t e s t s p e c i m e nd e s i g n试件类别试件编号UH P C抗压强度/MP a黏结长度l/mm配箍率套筒试件数量第一类 不同黏结长度影响UH UH UH UH 无 无 无 无湘潭大学学报(自然科学版)年表(续)试件类别试件编号UH P C抗压强度/MP a黏结长度l/mm配箍率套筒试件数量第二类 不同横向约束影响UH UH UH 无 无 无第三类 外加锥形钢套筒UH S SUH S SUH S S 有 有 有 材料性能每立方米UH P C浇筑各组成成分所需用量为:水泥 k g;硅灰 k g;石英砂 k g;石英粉 k g;减水剂 k g;钢纤维掺量 k g;水灰比为 其中水泥采用 普通硅酸盐水泥;硅灰所含S i O质量分数在 以上,粒径小于m,平均粒径 m;石英砂粒径为 mm;石英粉为 目石英粉,平均粒径 m;采用聚羧酸高效减水剂,掺量为水泥质量时的减水率为,钢纤维体积掺量为 ,采用镀铜钢纤维,直径 mm,抗拉强度 MP a UH P C试件分两批进行浇筑,其中第一类试件为第一批浇筑,第二类和第三类试件为第二批浇筑UH P C浇筑之后轻敲辅助振捣,h之后脱模,之后蒸汽养护 h,蒸养温度维持在 左右,蒸养后再常规养护 d后,进行拉拔测试每个UH P C浇筑批次均预留三个 mm mm mm的立方体试块进行强度测试,测得第一批和第二批UH P C抗压强度分别为 MP a和 MP a 试验所采用的钢绞线为公称直径 mm的丝捻制低松弛钢绞线,公称截面面积Ap mm,弹性模量为 G P a,极限强度为 MP a,由于钢绞线螺旋肋与其界面外接圆之间存在较大的间隙,将钢绞线截面按照截面积换算成圆形,得到的换算直径d为 mm 采用的箍筋 为直径 mm的H P B 热轧光面 钢筋,屈服强度为 MP a,极限强度为 MP a 加载测试拉拔试验加载装置如图所示,采用 t的液压千斤顶进行加载,千斤顶最大行程为 mm,在试件和千斤顶中间设置了支撑钢架,加载时利用力传感器和位移传感器记录荷载值和滑移值,力传感器通过锚具固定在千斤顶末端,并在两端设置钢垫板保证受力均衡通过支撑钢架中空部分在试件加载端架设位移计记录钢绞线与试件的相对滑移试验出现下列情况之一即停止试验:拉拔力下降至峰值拉拔力的;UH P C与钢绞线相对滑移超过 mm 千斤顶支撑钢架试件位移传感器钢绞线钢垫片力传感器锚具图拉拔试验加载装置F i g P u l l o u t t e s t l o a d i n gd e v i c e第期张旭辉,等钢绞线与超高性能混凝土间黏结性能试验研究试验测得拉拔荷载后,可计算得到钢绞线与UH P C界面间的平均黏结应力:P/d l,()式中:为黏结应力;P为拉拔试验所得的最大拉拔力;d为钢绞线换算直径;l为钢绞线黏结锚固长度U H P C与钢绞线黏结性能分析表给出了各试件的极限拉拔力、黏结强度、临界黏结强度及破坏模式,其中l表示黏结长度;P为最大拉拔力;u为将P代入式()所求得的黏结强度表拉拔试验结果T a b P u l l o u t t e s t r e s u l t s试件组试件编号l/mmP/k Nu/MP a破坏模式UH S S SUH S S SUH S S C SUH S C S S CUH S C S C SUH S S SUH S S SUH S S S C S C S CUH S S S C S C S CUH S S S C S C S C注:S C表示拔出开裂破坏;S表示拔出破坏湘潭大学学报(自然科学版)年 破坏模式随着拉拔荷载的增大,钢绞线与UH P C试块之间逐渐发生一些滑移,同时可以观察到钢绞线各钢丝之间会发生一些脱捻旋转;钢绞线与UH P C试块间的滑移量和旋转量随着荷载的增大而不断增大,最后由于钢绞线滑移量过大或拉拔力无法持续上升判定为试件失效,试验结束后可以发现拉拔端钢绞线的捻制状态遭到破坏,各钢丝相对散乱分离各试件的破坏过程基本类似,但也存在一定差异,一些试件中仅仅是钢绞线发生了过大的滑移和旋转;另外一些试件中钢绞线发生较大滑移的同时还伴随有“砰!砰!”的响声,并且在试件表面出现了裂缝,两类破坏模式分别定义为拔出破坏和拔出开裂破坏,如图(a)和(b)所示(a)(b)图试验后试件破坏形式:(a)拔出破坏;(b)拔出开裂破坏F i g F a i l u r ep a t t e r no f s p e c i m e na f t e r t e s t:(a)P u l l o u t f a i l u r e;(b)P u l l o u t a n dc r a c k i n gf a i l u r e各试件的破坏模式如表所示,黏结长度为 mm和 mm的无箍筋试件均发生拔出破坏;黏结长度为 mm、mm的无箍筋试件,同时存在拔出破坏和拔出开裂破坏两种形式;黏结长度为 mm的配箍筋试件均发生拔出破坏这表明试件黏结长度较短时发生拔出破坏,试件黏结长度较长时会出现拔出开裂破坏,试件黏结长度较长同时配置横向约束时试件又发生拉拔破坏,这取决于钢绞线钢丝与UH P C界面间咬合齿的受力状态钢绞线的捻制形态使得其与UH P C间的界面状态类似螺柱和螺母,钢绞线各钢丝间隙中环绕着UH P C螺旋状的咬合齿 拉拔过程中,钢绞线在沿着螺旋状咬合齿旋拧的同时也会挤压剪切咬合齿,UH P C咬合齿受到钢绞线旋拧膨胀和挤压剪切双重作用黏结长度较短时,咬合齿的长度必然也短,单位长度咬合齿上所受的作用荷载大,容易引起咬合齿剪切破坏,导致钢绞线直接拔出破坏;黏结长度较长时,单位长度咬合齿上所受膨胀和剪切作用明显减小,但总的膨胀力并未减小,还会随着拉拔荷载不断增大,在咬合齿剪切破坏之前导致UH P C发生胀裂,引起试件拔出开裂破坏;当配置横向约束时,试件能够抵抗咬合齿上的膨胀作用,UH P C咬合齿最终被剪切磨平,发生钢绞线拔出破坏需要特别指出的是配置钢套筒的试件,虽然钢套筒能够提供很好的横向环箍约束,但是由于钢套筒内UH P C锥体尺寸太小,小孔端仅为c m,钢绞线周围的UH P C包裹层过薄,容易引起UH P C胀裂,导致试件发生拔出开裂破坏,详见图 此外,UH P C的高收缩性可能会在其与套筒之间形成较为松散的界面过渡区,使得UH P C与套筒之间的整体性较差,拉拔过程中发现UH P C可以随钢绞线沿钢套筒一起滑移,钢套筒的环箍效应难以有效施加于UH P C锥体,最终导致UH P C锥体开裂第期张旭辉,等钢绞线与超高性能混凝土间黏结性能试验研究(a)(b)图钢套筒试件拔出开裂破坏:(a)加载端混凝土裂纹;(b)U H P C沿套筒滑移F i g T h e s t e e l s l e e v e s p e c i m e nw a s p u l l e do u t a n dc r a c k e d:(a)C o n c r e t e c r a c k s a t t h e l o a d i n g e n d;(b)T h eU H P Cs l i p s a l o n g t h e s l e e v e 黏结滑移曲线各组试件典型的荷载滑移曲线和平均黏结应力滑移曲线如图到图所示各试件的黏结滑移曲线分为种类型,分别对应前文提及的短黏结试件拔出破坏、长黏结试件拔出开裂破坏和长黏结配箍试件拔出破坏种情况对于短黏结长度拔出破坏试件,其拉拔荷载早期随滑移量增长迅速,在滑移量仅mm左右时拉拔荷载即达到最大值,随后拉拔荷载随着滑移量而缓慢降低,这表明钢绞线经过mm左右的滑移挤压后便开始剪切磨损UH P C咬合齿,导致黏结力逐渐退化;对于长黏结拔出开裂破坏试件,其拉拔力增长可以分为快速增长和缓慢增长两个阶段,拉拔力缓慢增长速率明显慢于快速增长阶段,由于UH P C的开裂会导致拉拔力的突然掉落;对于长黏结配箍拔出破坏试件,其拉拔力前期增长也可以分为快速增长和缓慢增长两个阶段,其缓慢阶段持续增长,之后还存在一个水平段,极限荷载对应的滑移量也较大,可达 mm UH-50-0UH-70-0UH-100-0UH-150-0UH-50-0UH-70-0UH-100-0UH-150-0(a)(b)1501351201059075604530150黏结荷载/kN滑移/mm0510152025303540滑移/mm0510152025303540黏结荷载/MPa35302520151050图第一类试件黏结滑移曲线:(a)荷载滑移曲线;(b)平均黏结应力滑移曲线F i g B o n d s l i pc u r v e so f t h e f i r s tk i n do f s p e c i m e n s:(a)L o a d s l i pc u r v e s;(b)A v e r a g eb o n ds t r e s s s l i pc u r v e短黏结长度试件始终具有较大的黏结刚度,最大拉拔荷载对应的滑移量仅在mm左右,这表明短黏结长度试件拉拔过程中钢绞线可能始终维持较好的捻制状态,钢绞线作为一个整体挤压剪切UH P C咬合齿,从而导致较大的黏结刚度;长黏结长度试件中的螺旋状咬合齿较长,钢绞线将其完全挤压剪切磨平的可能性较小,钢绞线极有可能会沿着螺旋咬合齿转动旋出,此时的黏结力主要通过钢绞线与咬合齿之间的滑动摩擦力提供,从而引起黏结刚度的退化,即为黏结滑移曲线中的缓慢增长阶段上述分析表明,不同黏结长度钢绞线与UH P C间黏结机理湘潭大学学报(自然科学版)年存在明显差异,对应的黏结刚度也存在明显差异UH-150-0UH-150-1.33%UH-150-1.86%UH-150-0UH-150-1.33%UH-150-1.86%黏结荷载/kN滑移/mm0510152025303540滑移/mm05101520253035401501351201059075604530150黏结荷载/MPa30252015105(a)(b)图第二类试件黏结滑移曲线:(a)荷载滑移曲线;(b)平均黏结应力滑移曲线F i g B o n d s l i pc u r v e s o f t h e s e c o n dk i n do f s p e c i m e n s:(a)L o a d s l i pc u r v e s;(b)A v e r a g eb o n ds t r e s s s l i pc u r v e滑移/mm0510152025303540滑移/mm0510152025303540黏结荷载/kN1501351201059075604530150黏结荷载/MPa30252015105(a)(b)UH-150-SSUH-200-SSUH-300-SSUH-150-SSUH-200-SSUH-300-SS图第三类试件黏结滑移曲线:(a)荷载滑移曲线;(b)平均黏结应力滑移曲线F i g B o n d s l i pc u r v e s o f t h e t h i r dk i n do f s p e c i m e n s:(a)L o a d s l i pc u r v e s;(b)A v e r a g eb o n ds t r e s s s l i pc u r v e配置钢套筒试件虽然具有较长的黏结长度,但是其黏结滑移曲线与短黏结试件更为类似,即拉拔力早期增长较快,极限拉拔力对应的滑移量约为 mm,随后黏结滑移曲线逐渐下降这是因为配置钢套筒试件内UH P C锥体尺寸太小、混凝土包裹作用弱导致钢绞线拉拔过程中旋拧作用减弱,钢绞线拉拔以直接拔出为主,钢绞线基本作为一个整体挤压剪切UH P C咬合齿,因此具有较大的黏结刚度 黏结特征值各组试件的拉拔力峰值与平均黏结强度总结如图所示黏结长度的增加对拉拔力有积极效果,第一类试件中UH P C与钢绞线黏结长度从 mm增加至 mm、mm、mm,黏结长 度 分 别 提 升、,钢 绞 线 拔 出 的 最 大 拉 拔 力 分 别 提 升 、;配置锥形套筒试件黏结长度从 mm增加至 mm、mm,黏结长度分别提升 、,最大拉拔力分别提升 、最大拉拔力的变化量随黏结长度的增加而变小,这说明UH P C与钢绞线之间的黏结力沿钢绞线并不是均匀分布的,且集中分布在加载端 mm范围内,在此范围内最大拉拔力随黏结长度增加有显著提升,第期张旭辉,等钢绞线与超高性能混凝土间黏结性能试验研究此范围外再额外增加黏结长度对最大拉拔力的提升较小由于黏结力的不均匀分布,u随黏结长度的增加先增大后减小,且u随黏结长度增加的现象出现在黏结长度为 mm的范围内箍筋的配置对拉拔力也有积极效果,配箍率从提升到 、,最大拉拔力分别提升 、由于钢绞线拉拔在黏结长度较长的情况下,试件破坏模式为钢绞线旋拧导致的混凝土膨胀开裂,配置箍筋后试件能够抵抗咬合齿上的膨胀作用,阻止试件开裂,试件在拉拔过程中对钢绞线有较好的约束作用,因此拉拔力增大由于配置可有效提升一定黏结长度下钢绞线拔出的拉拔力,因此u随配箍率的增加而增大UH-50-0 UH-70-0 UH-100-0 UH-150-0 UH-150-0 UH-150-1.33%UH-150-1.86%UH-150-SSUH-200-SSUH-300-SS第一类试件第二类试件第三类试件P子u160140120100806040200拉拔力/kN35302520151050黏结应力/MPa图拔出试件的最大拉拔力与平均黏结强度F i g U l t i m a t ed r a w i n gf o r c ea n da v e r a g eb o n ds t r e n g t ho fp u l l i n gs p e c i m e n钢绞线 U H P C界面黏结滑移机理UH P C与钢绞线之间的黏结作用由化学粘合力、摩擦力与机械咬合力部分组成 UH P C与钢绞线之间的初始黏结力由化学粘合力提供,当钢绞线产生相对滑移时化学粘合力即失效,随后界面黏结由UH P C与钢绞线接触面上的摩擦力与机械咬合力提供由于钢绞线的捻制形态,拉拔过程中钢绞线与UH P C界面间发生旋拧滑移,钢绞线既可以沿着UH P C螺旋形咬合齿发生旋转滑移,也能直接挤压咬合齿发生剪切滑移,UH P C咬合齿同时受到钢绞线旋拧膨胀和挤压剪切共同作用当钢绞线与UH P C间的黏结长度较短时,UH P C咬合齿也短,单位长度UH P C咬合齿所受的剪力较大,咬合齿容易发生剪切破坏,如图(a)所示此时,钢绞线以剪切滑移为主,对应较大的机械咬合力,导致黏结刚度较大,拉拔荷载快速增长,在较小的滑移下即达到拉拔荷载峰值钢绞线拔出钢绞线旋拧钢绞线旋转混凝土胀裂拔出后钢绞线拔出前钢绞线PVC套筒剪切破坏区拔出后钢绞线拔出前钢绞线混凝土咬合齿剪切破坏(a)(b)图钢绞线 U H P C界面黏结破坏机制:(a)旋拧滑移;(b)剪切滑移F i g B o n df a i l u r em e c h a n i s mo f s t e e l s t r a n d U H P Ci n t e r f a c e:(a)S c r e ws l i p;(b)S h e a r s l i p湘潭大学学报(自然科学版)年当试件黏结长度较长时,UH P C与钢绞线之间的咬合齿长度也较长,单位长度的咬合齿上受钢绞线的挤压剪切力较小,咬合齿不易发生剪切破坏,钢绞线类似于螺柱沿着UH P C螺旋齿旋转拔出,如图(b)所示此时,钢绞线以旋转滑移为主,钢绞线与UH P C界面间主要通过摩擦提供黏结力,导致黏结刚度有所下降,极限拉拔荷载对应的滑移量较大当配置箍筋后,咬合齿的膨胀位移受到约束,咬合齿不易膨胀开裂,钢绞线与UH P C间滑动摩擦力不会因为咬合齿开裂而降低,配箍试件的黏结力在钢绞线滑移后期仍缓慢上升,配箍试件破坏类型反映为拔出破坏剪切滑移拔出旋拧滑移拔出滑移值粘结应力图 典型的黏结滑移曲线示意图F i g T y p i c a l d i a g r a mm a t i c s k e t c ho fb o n d s l i pc u r v e上述分析表明,黏结长 度 对 钢 绞 线 和UH P C界面间黏结滑移特征影响较大黏结长度较短时,钢 绞 线 整 体 挤 压UH P C咬合齿发生,以剪切滑移为 主,钢 UH P C界 面 黏结力主要由机械咬合力提供,黏结刚度大,此时增加黏结长度对于提高界面拉拔力影响显著;当黏结长度较长时,钢绞线类似于螺柱沿着UH P C螺旋齿旋转拔出,以旋转滑移为主,钢绞线与UH P C界面间主要通过摩擦提供黏结力,导致黏结刚度下降,此时增长黏结长度对于提高界面拉拔力影响较小两类典型滑移特征曲线示意图如图 所示结论本文着重探讨了UH P C中钢绞线黏结长度、配箍率以及配置锥形钢套筒对UH P C与钢绞线之间黏结性能与试件破坏形式的影响,具体结论如下:)钢绞线与UH P C间拉拔失效特征受到黏结长度、横向约束等共同影响黏结长度不超过 mm时,发生钢绞线直接拔出破坏;随着黏结长度的增加,钢绞线在拔出的同时还会引起UH P C保护层的胀裂;而箍筋等横向约束的配置能减小UH P C界面胀裂的风险)钢绞线与UH P C间拉拔荷载随黏结长度增加而增大,在黏结长度不超过 mm范围内增长显著随后拉拔荷载随黏结长度增长较慢;平均黏结力在黏结长度为 mm时达到最大值;箍筋横向约束对于最大拉拔力与平均黏结应力均有一定的积极影响)本文采用的锥形钢套筒对钢绞线与UH P C间黏结性能无明显提高作用原因可能在于锥形钢套筒内径过小,UH P C容易胀裂;其次,UH P C的高收缩性可能导致其与钢套筒之间存在间隙,导致整体性较差,钢套筒难以形成有效的横向环箍约束)黏结长度对钢绞线和UH P C界面间黏结滑移特征影响较大黏结长度较短时,钢绞线整体挤压UH P C咬合齿状态发生,以剪切滑移为主,钢 UH P C界面黏结力主要由机械咬合力提供,黏结刚度大;当黏结长度较长时,钢绞线类似于螺柱沿着UH P C螺旋齿旋转拔出,以旋转滑移为主,钢绞线与UH P C界面间主要通过摩擦提供黏结力,导致黏结刚度下降(下转第 页)第期张旭辉,等钢绞线与超高性能混凝土间黏结性能试验研究 N I EMC Z Y KT,D E P P EF,HU E B LH,e t a l C i r c u i t q u a n t u me l e c t r o d y n a m i c s i nt h eu l t r a s t r o n gc o u p l i n gr e g i m eJN a t u r ep h y s i c s,():R A B I I I S p a c eq u a n t i z a t i o n i nag y r a t i n gm a g n e t i c f i e l dJ P h y s i c a l r e v i e w,():F R I S KK O C KUM A,M I R ANOW I C ZA,D EL I B E R A T OS,e t a l U l t r a s t r o n gc o u p l i n gb e t w e e n l i g h t a n dm a t t e rJN a t u r er e v i e w sp h y s i c s,():C A S A S ANOVAJ,R OME R OG,L I Z UA I NI,e t a l D e e ps t r o n gc o u p l i n gr e g i m eo f t h e J a y n e s C u mm i n g sm o d e lJP h y s i c a l r e v i e wl e t t e r s,():P E NGJ,R E N Z,B R AAK D,e ta l S o l u t i o no ft h et w o q u b i tq u a n t u m R a b im o d e la n di t s e x c e p t i o n a le i g e n s t a t e sJ J o u r n a l o fp h y s i c sA:M a t h e m a t i c a l a n dt h e o r e t i c a l,():P E NGJ,T AN GJN,T AN GPH,e t a l D e t e r m i n i s t i c s i n g l ep h o t o ns o u r c e i nt h eu l t r a s t r o n gc o u p l i n gr e g i m eJ a r X i v:C OMP A R A TD G e n e r a l c o n d i t i o n s f o rq u a n t u ma d i a b a t i ce v o l u t i o nJ P h y s i c a l r e v i e wA,():(责任编辑:胡丁)(上接第 页)参考文献徐有邻,宇秉训,朱龙,等钢绞线基本性能与锚固长度的试验研究J建筑结构,():R AM I R E Z GA R C I A A T,F L OY D R W,M I C AH HA L E W,e ta l E f f e c to fc o n c r e t ec o m p r e s s i v es t r e n g t ho nt r a n s f e r l e n g t hJ S t r u c t u r e s,():MO R C OU SG,HA TAM IA,MA GU I R E M,e ta l M e c h a n i c a l a n db o n dp r o p e r t i e so f mm(i n )d i a m e t e rp r e s t r e s s i n gs t r a n d sJ J o u r n a l o fm a t e r i a l s i nc i v i l e n g i n e e r i n g,():谢新莹,周威,王宇扬钢绞线混凝土黏结性能试验与锚固长度分析J哈尔滨工业大学学报,():HYUN OHS,S E UNG J UN GL,D O